生態(tài)擋墻在河道整治中的應(yīng)用

吳建華

(莆田市水利水電勘測設(shè)計院有限公司，福建 莆田 351100)

1 工程概況

東郊河發(fā)源于莆田市荔城區(qū)新度鎮(zhèn)的壺公山，流經(jīng)新度鎮(zhèn)的大坂、桂林、龍頭、溝尾、東郊村、進入黃石鎮(zhèn)沙坂、登瀛、井后、華堤村，在下游分為兩叉，分別從橋兜水閘和江東水閘排入木蘭溪。東郊河總的流域面積為45.4km2，河道總長17.5km，平均河道比降8.9‰。本次東郊河上游新度集鎮(zhèn)段整治工程擬對東郊河上游共5.25km河段進行整治。實施本工程后，可以使區(qū)域內(nèi)防洪標準由原來的不到5年一遇提高到10年一遇，是完善木蘭溪下游防洪體系的重要工程，使區(qū)域內(nèi)防洪標準達到規(guī)范要求。

2 總體思路

東郊河是木蘭溪流域南洋片區(qū)的行洪主河道之一，河道兩岸產(chǎn)業(yè)和人口密集，河水污染嚴重，河床淤積嚴重，河道寬度變化較大，沿河違章設(shè)障嚴重，河道的蓄水、行洪能力大大降低，沿河環(huán)境極其臟亂。

根據(jù)河道淤積現(xiàn)狀分析，本次擬對東郊河河段進行整治，對河道進行清淤，加大河道深度。根據(jù)河道現(xiàn)狀，擬定一定的河道寬度，對河岸進行平順整治，對河道斷面狹窄處進行拓寬，使整治后的岸線平順，水流順暢。并且為確保河道行洪安全，對所整治河道兩岸進行護岸建設(shè)，在河道兩岸填筑堤防，并在堤防上進行景觀綠化，在河道適合位置設(shè)計親水平臺，用以改善生物生存環(huán)境和水生態(tài)。

3 護岸擋墻設(shè)計

3.1 擋墻型式選擇

根據(jù)近年河道整治的工程經(jīng)驗，工程擬采用的擋土墻在材料上主要分砌石(干砌、漿砌)擋土墻、混凝土(鋼筋混凝土)擋土墻、生態(tài)擋土墻(石籠擋墻、自嵌式生態(tài)塊)。

砌石擋墻和混凝土擋墻主要強調(diào)其強度功效，整體穩(wěn)定性好，抗水流沖刷能力高，一般靠自身重力維持擋墻穩(wěn)定，所以擋墻自身體積較大，對地基承載力要求較高。在通常情況下，砌石擋墻和混凝土擋墻會把河道水體和墻后土壤隔離開，阻擋了水體交換，不利于一些水生物的生存，整個擋墻呆板笨重，寸草不生，外觀效果不好，對生態(tài)環(huán)境不夠友好。

生態(tài)擋土墻(自嵌式生態(tài)塊、石籠擋墻)采用新的結(jié)構(gòu)型式，確保擋土墻前后水體聯(lián)通，不破壞現(xiàn)有的水生態(tài)環(huán)境，墻體留有孔洞或縫隙，有利于植物的生長，工程的建設(shè)尊重了物種的多樣性，保持了生物的營養(yǎng)和水循環(huán)，維持了擋墻周邊植物生存環(huán)境和水生動物的棲息地質(zhì)量。使河道的生態(tài)系統(tǒng)得到了有效的保護。

隨著社會的發(fā)展，環(huán)保和節(jié)能政策的不斷實施，傳統(tǒng)砌石擋墻和混凝土擋墻，材料單價越來越昂貴，采購運距越來越遠，增加了整個工程的工程造價和環(huán)保法律風險。

為了實現(xiàn)水清案綠，環(huán)境協(xié)調(diào)美觀的河道整治目標，同時節(jié)省工程投資，東郊河上游新度集鎮(zhèn)段整治工程采用生態(tài)擋土墻。

3.2 擋墻斷面布置

莆田市荔城區(qū)東郊河整治工程涉及整治的河段為東郊河中上游段，起始樁號位于西埔樞紐，終點至荔城區(qū)與城廂區(qū)交界處，涉及東郊主河道長度2.56km，涉及四條支流2.69km，堤距選擇綜合地形地貌條件，以及規(guī)劃進行設(shè)計，堤距越小，計算水面線越高，需要兩岸擋墻高度以及涉及的填土高度越高，而堤距定的越大，所需占地面積越大，為了河道附近居民更好的親水需求，河道擋墻高度設(shè)置在2m左右，墻頂設(shè)置人行步道。本工程綜合用地面積及擋墻高度，結(jié)合東郊河下游堤距寬度，根據(jù)水文分析計算，以及根據(jù)岸線規(guī)劃原則結(jié)合河道水面線計算成果，經(jīng)過經(jīng)濟、技術(shù)比較分析后，確定東郊河河道整治岸線布置。本項目區(qū)樁號D0+000～D2+644河寬規(guī)劃25m，樁號D2+644～3+440段河寬15m，分叉支流DC0+000～C1+410段河道寬度10m。

3.2.1石籠擋墻斷面布置

樁號D2+644～3+440及樁號DC0+000～C1+410段河道位于東郊河上游山區(qū)，河道坡降較大，設(shè)計洪水工況下，水流速度較大，最大流速為3.41m/s，石籠擋墻加生態(tài)塊護坡方案可適用于流速較大的堤岸，石籠擋墻采用石籠把片石、毛石或卵石等塊頭較小的材料，用規(guī)格的石籠包裝形成整體性較好的結(jié)構(gòu)，適用于流速較大的河道，其充分利用小塊石料，本身就是一種生態(tài)再利用，結(jié)合常水位以上的生態(tài)塊護坡其生態(tài)性較好。

石籠擋墻斷面高度2.0m，均分兩層，底層石籠網(wǎng)規(guī)格為4m×1.5m×1m(長×寬×高)，頂層石籠網(wǎng)規(guī)格為4m×1m×1m(長×寬×高)；斷面分別為1.0m×1.0m、1.5m×1.0m，石籠采用雙絞格網(wǎng)型式，采用特制鍍鋅低碳鋼絲并包覆PVC。網(wǎng)身絲徑為2.6mm，包覆PVC后直徑為3.8mm，框線直徑為3.4mm，包覆PVC后直徑4.6mm。鍍鋅量大于260g/m，抗拉強度大于400MPa，延伸率不低于12%；石籠內(nèi)隔網(wǎng)的綁扎要求：隔網(wǎng)與網(wǎng)身的四處交角各綁扎一道，間隔網(wǎng)與網(wǎng)身交接處每間隔20cm綁扎一道，間隔網(wǎng)與網(wǎng)身間的相鄰框線，必須采用組合線聯(lián)結(jié)，即用綁扎線一孔繞一圈接一孔繞二圈呈螺旋狀穿孔絞繞聯(lián)結(jié)，封蓋網(wǎng)與網(wǎng)身、間隔網(wǎng)間相交邊框線必須每間隔20cm綁扎一道；石籠內(nèi)填充石料粒徑在1.5～2.0倍網(wǎng)孔大小，填充料必須是堅固密實、耐風化好的石料，嚴禁使用風化石。墻背回填級配碎石墊層0.30m。斷面型式如圖1所示。

3.2.2自嵌式生態(tài)塊擋墻斷面布置

樁號D0+000～D2+644段河道位于東郊河上游平原區(qū)，河道平順，河道坡降較緩，設(shè)計洪水工況下，水流最大流速為1.86m/s，采用自嵌式生態(tài)塊擋墻型式，綠化效果更好，自嵌式生態(tài)塊塊外形尺寸400mm×150mm×300mm，生態(tài)砌塊抗壓強度為C20，單塊重量40kg；人工砌筑完成后，迎水面坡度1∶0.17，并留有110mm×150mm綠化生態(tài)孔，為保持墻體整體穩(wěn)定性，設(shè)置三層TGDG80聚丙烯土工格柵，自由端末端用U型釘固定于鋪置面。墻背回填級配碎石墊層0.30m。斷面型式如圖2所示。

圖1 石籠擋墻堤段典型斷面圖

圖2 自嵌式生態(tài)塊擋墻典型斷面圖

4 穩(wěn)定分析

4.1 擋墻自身穩(wěn)定分析

擋土墻背水坡內(nèi)側(cè)回填粉質(zhì)黏土，其壓實度不小于0.91，擋墻穩(wěn)定計算采用SL 379—2007《水工擋土墻設(shè)計規(guī)范》第6節(jié)公式計算。經(jīng)復(fù)核，兩種生態(tài)擋墻的抗滑及抗傾安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的最小安全系數(shù)，斷面尺寸能滿足設(shè)計要求。

4.2 堤防整體抗滑穩(wěn)定計算

堤防整體抗滑穩(wěn)定計算采用GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，本工程具體計算工況如下：

(1)水位組合

正常運用條件：

工況1：迎水側(cè)設(shè)計洪水位，背水側(cè)相應(yīng)低水位。

工況2：迎水側(cè)設(shè)計洪水位驟降至常水位。

施工期：

工況3：施工期，堤前后兩側(cè)無水。

(2)計算方法

土壓力計算方法穩(wěn)定滲流期采用有效應(yīng)力法，施工期采用總應(yīng)力法，外水位降落期采用有效應(yīng)立法和總應(yīng)力法的小值，墻后填土強度指標施工期采用直剪快剪指標，穩(wěn)定滲流期采用直剪慢剪指標，水位降落期采用固結(jié)快剪指標。

按瑞典圓弧滑動法計算，穩(wěn)定計算采用剛體極限平衡中不計條塊間作用力的瑞典圓弧法計算最小安全系數(shù)。計算采用浙江大學土木系《STAB》邊坡穩(wěn)定分析程序進行電算，計算滑弧深度從1～50m，滑弧變化步長為0.5m。

經(jīng)計算堤防整體抗滑穩(wěn)定均大于規(guī)范要求的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，堤身斷面布置滿足規(guī)范穩(wěn)定要求。

5 結(jié)語

東郊河上游新度集鎮(zhèn)段整治工程目前還在施工中，石籠擋墻、自嵌式生態(tài)塊擋墻這兩種生態(tài)擋墻的合理應(yīng)用，既保證了河道的行洪安全，又改善了生物生存環(huán)境和水生態(tài)。結(jié)合堤防上景觀綠化和步行道及親水平臺的設(shè)置，將本工程建設(shè)成了一個集防洪與休閑一體的綜合性水利工程。本工程對石籠擋墻和自嵌式生態(tài)塊的使用，為類似河道整治工程提供了一定的工程經(jīng)驗，具有一定的參考價值。